企業(yè)袋式除塵器氣流組織的數(shù)值模擬分析

1、袋式除塵器氣流組織的數(shù)值模擬分析張景霞1 沈恒根1 方愛民2 李瑾2（ 1東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海；2國電環(huán)保研究院，南京 ）摘 要：采用流體動力學(xué)CFD軟件對袋式除塵器中單元模塊的除塵空間氣流組織進行數(shù)值模擬分析，給出了不同位置的布袋不同高度上氣流速度圖，將模擬結(jié)果與實際工程運行情況對比，分析其可靠性，為袋式除塵器的改進和設(shè)計提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：袋式除塵器 數(shù)值模擬 氣流組織 流場Numerical simulation on air distribution in bag-filter Zhang Jing Xia1, Shen Heng Gen1, Fang Ai Min2,

2、Li Jin2(1 Collage environment of science and engineering, DongHua University; Shanghai2 The research institute of electric power environmental protection, Nanjing)Abstract: With the computational fluid dynamics software CFD, the air distribution of flow field of bag-filter were simulated，the plot of

3、 filter velocity distribution in different position of the bag-filter and different height on a bag were got. The result of numerical simulation is reliability in contrast with the fact condition. All of these offer a reference to the design and improvement of bag filter. Keywords: bag-filter, numer

4、ical simulation, air distribution, flow field袋式除塵器，由于氣流不均，造成箱體內(nèi)某個位置的布袋和布袋的某個位置的破損，一條布袋破有破損，如不及時處理，該區(qū)域的氣流流動阻力變低，造成更大區(qū)域濾袋的破損。為研究袋式除塵器濾袋失效機理，進一步指導(dǎo)除塵器的設(shè)計、運行和改進，本文將對袋式除塵器某工程實際運行條件下的內(nèi)部氣流進行數(shù)值模擬。此工程自電除塵器改造為袋式除塵器后，經(jīng)過近3年使用，布袋出現(xiàn)破損，破損位置在進風(fēng)口的前3排的整條布袋，每條布袋袋口下200500mm之間部位，每一行的最后一條或兩條布袋，本文主要采用CFD數(shù)值模擬方法分析布袋破損原因。1 CF

5、D模擬計算方法袋式除塵器箱體內(nèi)部流場是復(fù)雜的三維流場，采用的控制方程有：連續(xù)性方程、動量方程,湍流模型選用標準k-e雙方程模型，包括湍動能k方程和耗散率e方程2。假定流體作定常流動，流體的各項運動參數(shù)與時間無關(guān),整個模擬過程為等溫過程，流體是不可壓縮的。1.1 袋式除塵器結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)實際工程中袋式除塵器有兩個室，每個室有3個過濾單元，每個單元布袋的布置為16×22，中箱體6.5m，下箱體2.7m，進風(fēng)口為2.2m×1.8m,進風(fēng)口距過濾室4.5m。袋式除塵器的設(shè)計煙氣量：400000m3/h；煙氣溫度：140165，布袋袋式除塵器的過濾面積為6900m2，采用160

6、15;6500， 共2112條，設(shè)計過濾風(fēng)速為0.96m/m；濾料材質(zhì)采用HBT-2梯度濾料。1.2 建立物理模型圖1 除塵器平面圖如圖1建立的除塵器單元有176×2條布袋，布置為8×22×2，迎風(fēng)面8條布袋，單條布袋尺寸160×6500mm，布袋距邊壁箱體距離0.40m，袋底距灰斗2.70m，過濾風(fēng)量是6667m3/h,設(shè)計的過濾風(fēng)速是0.96m/min，進風(fēng)口的尺寸是0.90×2.20m。將模型設(shè)置成軸對稱圖形。1.3 模型的邊界條件和初始條件氣體采用160時的空氣，密度為0.815kg/m3,動力粘性系數(shù)2.45×10-5pas

7、3，除塵器進口管道斷面采用速度進口邊界條件，假定進風(fēng)口的速度均勻，則入口速度是9.35m/s。出口管道斷面采用壓力出口邊界條件，濾袋采用多孔跳躍邊界條件，該邊界條件主要是用于模擬已知速度或者壓降特征的薄膜，它本質(zhì)上是單元區(qū)域的多孔介質(zhì)模型的簡化。（1）進出口邊界的湍流參數(shù)在入口和出口邊界流域的流動，F(xiàn)luent需要指定輸運標量的值。在湍流指定方法（Turbulence Specification Method）下拉菜單中選擇Intensity and Hydraulic Diameter以設(shè)定湍流強度（Turbulence Intensity）和水力直徑（Hydraulic Diameter）

8、。 式中：為雷諾數(shù)；為水力直徑，m；(2) 多孔介質(zhì)邊界條件薄膜介質(zhì)是具有有限厚度的，通過它的壓力變化定義為達西（Darcy）定律和附加內(nèi)部損失項的結(jié)合： 式中：是層流流體粘性，Pas ；為壓力跳躍系數(shù)，是垂直于介質(zhì)表面的速度分量，m/s；為薄膜的厚度，m4。2 模擬結(jié)果與分析2.1 箱體內(nèi)流場的基本特征 圖2 從y軸正方向看整個過濾單元箱體內(nèi)的氣流組織 如圖2，氣流以9.35m/s的速度從進風(fēng)口進入袋室，由于布袋阻力大，氣流遇到布袋，一部分氣流向下方空間流動，一部分向四周空間和袋隙間流動，整個袋室內(nèi)的前幾排和第一個過濾單元的袋底的氣流速度相對大。 圖3 過濾單元箱體內(nèi)布袋邊壁氣流速度分布圖

9、圖4 花板下200mm處氣流速度分布圖如圖3，過濾單元的顏色梯度代表速度的大小，由上而下依次減小，箱體內(nèi)花板下200mm800mm處氣流速度和布袋的迎風(fēng)面的氣流速度約為3.00m/s，其速度大于箱體內(nèi)其它部位，布袋下半部分的氣流速度約0.30m/s,由此看出箱體內(nèi)的氣流分布，最大氣流速度約是最小氣流速度10倍，過濾室內(nèi)的氣流自由流動，自由分配，箱體內(nèi)尾部風(fēng)量大于其它部位，此處的布袋所承擔(dān)的風(fēng)量負荷也同比例增加，而過濾單元內(nèi)部，氣流速度相對小。如圖4，箱體內(nèi)花板下200mm處平面氣流速度分布，左邊為進口方向，圖中的顏色分布明顯表示，迎風(fēng)面前三排布袋內(nèi)的氣流速度約為3.80m/s，過濾單元外圍布袋

10、內(nèi)的風(fēng)速約為3.50m/s，過濾單元內(nèi)部其布袋內(nèi)的氣流速度約為2.60m/s,布袋內(nèi)部氣流速度大說明布袋的過濾風(fēng)量大，而箱體內(nèi)過濾單元中間的布袋過濾速度小，由于氣流分布的不均勻，同樣材質(zhì)的布袋其壽命不同。2.2 單條布袋的過濾風(fēng)速分析如表1所示布袋除塵器箱體內(nèi)不同位置的布袋在不同高度處的平均空間速度，從圖中可以看出箱體內(nèi)的氣流總體是向上部流動的，因布袋阻力大，氣流遇到布袋只有很少一部分氣流穿過布袋，大部分氣流沿布袋邊壁上升，直到花板處，隨著風(fēng)量的增加，布袋內(nèi)外的壓差增大，氣流在此壓差下過濾風(fēng)速增大，這也是造成布袋口破 損的主要原因。另外箱體內(nèi)迎風(fēng)面的前兩排的布袋的的上部空間速度明顯高于其它部位

11、，這是因為此處正對著進風(fēng)口，受氣流的直接沖刷而造成的。布袋0800mm之間被氣流有一定的沖刷，因為袋底封閉，氣流從下部上升時只能從袋間隙上升，氣流速度也隨著上升，隨著氣流的上升，有一部分氣流穿透布袋，一部分氣流沿布袋邊壁上升，氣流 表1 布袋除塵器箱體內(nèi)不同位置布袋的平均空間速度先有所下降，再上升。 3 結(jié)論（1）因工程中存在整個過濾室的袋口下部200800mm之間，前3排的整條布袋破損現(xiàn)象，這和計算出的結(jié)果吻合，說明計算的結(jié)果具有一定的可靠性。（2）迎風(fēng)面的前3排的布袋過濾風(fēng)速分布不均，花板下200800mm之間的部位氣流速度偏大，單條濾袋由上而下（距氣流排出口），氣流過濾速度逐漸減小。（3）氣流從進風(fēng)口進入箱體的速度是9.35m/s，布袋的阻力較大，氣流沿袋底的空間和布袋之間的空隙向箱體后流動，因為速度比較大，對前幾排布袋的袋底和兩側(cè)沖刷嚴重，氣流向前流動的同時沿布袋空隙向上流動，所以箱體后的布袋在花板以下700m之間的過濾風(fēng)速稍大，布袋500mm700mm之間的過濾風(fēng)速相對小，布袋0800m之間被氣流有一定的沖刷。（4）此模型只計算一個除塵器袋室的1/3，模型在進風(fēng)口側(cè)未加均流板，所以計算結(jié)果和實際工程中氣流速度的大小有所出入，而箱體內(nèi)的氣流的走向和分布情況大致事相同的。（5）對于每行的第